Zakaj je v industriji polprevodnikov vse večje povpraševanje po SiC keramiki z visoko toplotno prevodnostjo?

trenutno,silicijev karbid (SiC)je zelo aktivno področje raziskav toplotno prevodnih keramičnih materialov doma in v tujini. S teoretično toplotno prevodnostjo, ki lahko doseže do 270 W/mK za nekatere vrste kristalov,SiCje med najboljšimi na področju neprevodnih materialov. Njegove aplikacije segajo med substrate polprevodniških naprav, keramične materiale z visoko toplotno prevodnostjo, grelnike in vroče plošče pri obdelavi polprevodnikov, materiale za kapsule za jedrsko gorivo in nepredušna tesnila v kompresorskih črpalkah.

Kako jeSilicijev karbidUporablja se v industriji polprevodnikov?

Brusilne plošče in vpenjala so bistvena procesna oprema pri proizvodnji silicijevih rezin v industriji polprevodnikov. Če so brusne plošče izdelane iz litega železa ali ogljikovega jekla, imajo običajno kratko življenjsko dobo in visok koeficient toplotnega raztezanja. Med obdelavo silicijevih rezin, zlasti med hitrim brušenjem ali poliranjem, je zaradi obrabe in toplotne deformacije teh brusilnih plošč težko ohraniti ravnost in vzporednost silicijevih rezin. Vendar imajo brusne plošče iz keramike iz silicijevega karbida visoko trdoto in nizko obrabo, s koeficientom toplotnega raztezanja, ki se zelo ujema s koeficientom silicijevih rezin, kar omogoča visokohitrostno brušenje in poliranje.

Poleg tega je med proizvodnjo silicijevih rezin potrebna visokotemperaturna toplotna obdelava, pri čemer se za transport pogosto uporabljajo vpenjala iz silicijevega karbida. Te napeljave so odporne na vročino in poškodbe ter jih je mogoče prevleči z diamantu podobnim ogljikom (DLC), da izboljšajo delovanje, ublažijo poškodbe rezin in preprečijo širjenje kontaminacije. Poleg tega imajo monokristali silicijevega karbida kot predstavnik polprevodniških materialov s široko pasovno vrzeljo tretje generacije lastnosti, kot so širok pas (približno trikrat večja od silicija), visoka toplotna prevodnost (približno 3,3-krat večja od silicijeve ali 10-krat večja od GaAs), visoka hitrost nasičenosti elektronov (približno 2,5-krat večja od silicija) in visoko prebojno električno polje (približno 10-krat večja od silicija ali petkrat večja od GaAs). Naprave iz silicijevega karbida kompenzirajo pomanjkljivosti tradicionalnih naprav s polprevodniškimi materiali v praktičnih aplikacijah in postopoma postajajo običajne v močnostnih polprevodnikih.

Zakaj je povpraševanje po visoki toplotni prevodnostiSiC keramikaNaraščajoče?

Z nenehnim tehnološkim napredkom se povpraševanje posilicijeva karbidna keramikav industriji polprevodnikov hitro narašča. Visoka toplotna prevodnost je kritičen indikator za njihovo uporabo v komponentah opreme za proizvodnjo polprevodnikov, zaradi česar so raziskave visoke toplotne prevodnostiSiC keramikaključnega pomena. Zmanjšanje vsebnosti kisika v rešetki, povečanje gostote in racionalen nadzor porazdelitve druge faze v mreži so glavne metode za povečanje toplotne prevodnostisilicijeva karbidna keramika.

Trenutno potekajo raziskave o visoki toplotni prevodnostiSiC keramikana Kitajskem je omejena in močno zaostaja za svetovnimi standardi. Prihodnje raziskovalne usmeritve vključujejo:

Krepitev raziskav procesa pripraveSiC keramikaprahu, saj je priprava prahu SiC visoke čistosti z nizko vsebnostjo kisika temeljnega pomena za doseganje visoke toplotne prevodnosti.SiC keramika.

Izboljšanje izbora in teoretičnih raziskav pripomočkov za sintranje.

Razvoj vrhunske opreme za sintranje, saj je reguliranje procesa sintranja za pridobitev primerne mikrostrukture bistvenega pomena za pridobitev visoke toplotne prevodnosti.SiC keramika.

Kateri ukrepi lahko izboljšajo toplotno prevodnostSiC keramika?

Ključ do izboljšanja toplotne prevodnostiSiC keramikaje zmanjšati frekvenco sipanja fononov in povečati srednjo prosto pot fononov. To je mogoče učinkovito doseči z zmanjšanjem poroznosti in gostote meja zrnSiC keramika, izboljšanje čistosti meja zrn SiC, zmanjšanje nečistoč ali napak v mreži SiC in povečanje nosilcev toplotnega transporta v SiC. Trenutno sta optimizacija vrste in vsebnosti sintrnih pripomočkov in visokotemperaturna toplotna obdelava glavni ukrep za izboljšanje toplotne prevodnostiSiC keramika.

Optimiziranje vrste in vsebnosti pripomočkov za sintranje

Med pripravo visoko toplotno prevodnih materialov se pogosto dodajajo različna sredstva za sintranjeSiC keramika. Vrsta in vsebnost teh dodatkov za sintranje pomembno vplivata na toplotno prevodnostSiC keramika. Na primer, elementi, kot sta Al ali O v pripomočkih za sintranje sistema Al2O3, se lahko zlahka raztopijo v mrežo SiC, kar ustvari prazna mesta in napake, s čimer se poveča frekvenca sipanja fononov. Poleg tega, če je vsebnost sintrnega pomožnega sredstva prenizka, se material med sintranjem morda ne bo zgostil, medtem ko lahko visoka vsebnost sintrnega pomožnega sredstva povzroči povečane nečistoče in napake. Prekomerna sredstva za sintranje v tekoči fazi lahko tudi zavirajo rast zrn SiC, kar zmanjša povprečno prosto pot fononov. Zato je treba doseči visoko toplotno prevodnostSiC keramika, je treba čim bolj zmanjšati vsebnost pomožnih snovi za sintranje, hkrati pa zagotoviti zgoščevanje, in izbrati pomožna sredstva za sintranje, ki niso zlahka topna v rešetki SiC.

Trenutno vroče stiskanoSiC keramikaz uporabo BeO kot dodatka za sintranje kažejo najvišjo toplotno prevodnost pri sobni temperaturi (270 W·m-1·K-1). Vendar pa je BeO zelo toksičen in rakotvoren, zaradi česar ni primeren za široko uporabo v laboratorijih ali industriji. Sistem Y2O3-Al2O3 ima evtektično točko pri 1760 °C in je običajno sredstvo za sintranje v tekoči fazi zaSiC keramikaker pa se Al3+ zlahka raztopi v mreži SiC,SiC keramikas tem sistemom kot pripomočkom za sintranje imajo toplotno prevodnost pri sobni temperaturi pod 200 W·m-1·K-1.

Elementi redkih zemelj, kot so Y, Sm, Sc, Gd in La, niso zlahka topni v rešetki SiC in imajo visoko afiniteto do kisika, kar učinkovito zmanjša vsebnost kisika v mreži SiC. Zato se sistem Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) običajno uporablja kot pomoč pri sintranju za pripravo izdelkov z visoko toplotno prevodnostjo (>200 W·m-1·K-1)SiC keramika. Na primer, v sistemu Y2O3-Sc2O3 je ionsko odstopanje med Y3+ in Si4+ pomembno, kar preprečuje nastanek trdnih raztopin. Topnost Sc v čistem SiC je razmeroma nizka pri temperaturah 1800~2600°C, približno (2~3)×10^17 atomov·cm^-3.

Toplotne lastnosti SiC keramike z različnimi sredstvi za sintranje

Visokotemperaturna toplotna obdelava

Visokotemperaturna toplotna obdelavaSiC keramikapomaga odpraviti mrežne napake, dislokacije in preostale napetosti, spodbuja transformacijo nekaterih amorfnih struktur v kristalne strukture in zmanjša sipanje fononov. Poleg tega visokotemperaturna toplotna obdelava učinkovito spodbuja rast zrn SiC, kar na koncu izboljša toplotne lastnosti materiala. Na primer, po visokotemperaturni toplotni obdelavi pri 1950 °C se toplotna difuzivnostSiC keramikapovečala s 83,03 mm2·s-1 na 89,50 mm2·s-1, toplotna prevodnost pri sobni temperaturi pa se je povečala s 180,94 W·m-1·K-1 na 192,17 W·m-1·K-1. Visokotemperaturna toplotna obdelava znatno izboljša sposobnost dezoksidacije sintrnih pripomočkov na površini in rešetki SiC ter zategne povezave zrn SiC. Posledično je toplotna prevodnost pri sobni temperaturiSiC keramikaje opazno izboljšan po visokotemperaturni toplotni obdelavi.**

V podjetju Semicorex smo specializirani zaSiC keramikain drugih keramičnih materialov, ki se uporabljajo v proizvodnji polprevodnikov, če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktni telefon: +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com